Aspectos-generales-de-la-instrumentacion-biomedica-electronica

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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO 
ENEP ARAGÓN 
INGENIERÍA MECÁNICA ELÉCTRICA 
ASPECTOS GENERALES DE LA INSTRUMENTACIÓN 
BIOMÉDICA ELECTRÓNICA 
T E s 1 s 
Que para obtener el título de: 
INGENIERO MECÁNICO ELECTRICISTA 
P r e s e n t a: 
ANTONIO EFRAÍN RESÉNDIZ GARCÍA 
San Juan de Aragón, Estado de México 2005 
Con gratitud a la Universidad Nacional Autónoma de México 
a la E~TEP Aragón 
a mis profesores 
Como muestra de estimación y agradecimiento, 
al Ing. Raúl Barrón Vera. 
A la memoria de mi padre, Genaro Reséndiz Gutiérrez 
y de mi hermana Ma. Del Cannen Reséndiz García. 
A mi esposa. Amalia Medina Sánchez 
e hijos, Miguel Antonio y Betsabe. 
A mi madre y hermanos, quienes siempre me 
brindaron su apoyo y me motivaron en todo momento. 
J ustíficación 
El desarrollo que ha tenido la electrónica. ha originado un gran avance en la ciencia 
y la tecnología. Dicho avance se observa en todas las áreas del conocimiento. como son: la 
microelectrónica, robótica, comunicaciones, sistemas computacionales etc. 
Uno de los can1pos más importantes en el que se ha tenido avances muy interesantes 
es, en la medicina. Es decir, que el crecimiento que ha experimentado esta ciencia en los 
últimos años se debe a la instrumentación biomédica, soportado por la evolución 
vertiginosa de la electrónica. 
La instrumentación biomédica, ha cobrado gran importancia tanto en la 
investigación, diagnóstico, monitoreo y tratamiento de diversas enfennedades y con ello se 
han salvado muchas vidas. 
Desafortunadamente, en nuestro país no solo, no se ha desarrollado. sino que como 
se puede observar, es un campo poco conocido y pobremente explotado. Por tal razón. 
pretendo mostrar con este trabajo una parte de lo extenso que es, así como el enonne 
potencial que representa para el Ingeniero Mecánico Electricista (área eléctrica y 
electrónica) e Ingeniero en Computación. 
Objetivos 
El presente trabajo tiene como objetivo principal. mostrar al Ingeniero Mecánic0 
electricista, así como al Ingeniero en computación que en la instrumentación médica se 
tiene otra opción u otro campo de aplicación en el ejercicio profesional. Esta puede ser en 
el diseño, desarrollo, venta, capacitación, instalación y servicio de equipo médico. 
Para lograr que se cumpla lo anterior. se requiere comprender los principios en los 
que se basa la instrumentación biomédica, es por eso que, con este trabajo se tiene la 
intención de presentar un panorama generaL sin profundizar más de lo necesario para 
entender los fenómenos y cubrir una buena parte de los fundamentos para adquirir una base 
más sólida. 
El Ingeniero, por definición busca la forma de imitar y modificar la naturaleza para 
el bienestar de la sociedad. Para lograrlo, debe estudiar los fenómenos que ocurren en la 
misma y comprender todo lo relacionado a la producción del fenómeno , la frecuencia con 
la que se presenta, el impacto que genera en su entorno y la forma en la que afecta al 
hombre, así como el beneficio que se puede obtener del mismo. 
Partiendo de este principio. con este trabajo pretendo explicar brevemente. los 
fenómenos que se presentan en el organismo, para esto es necesario introducir un poco al 
lector en la fisiología, pero principalmente en fisiología celular, y particularmente en el 
origen del potencial de membrana celular, con el fin de proporcionarle fundamentos 
teóricos para desarrollar métodos y herramientas para la detección, medición y control de 
diversos eventos que puedan ayudar a desarrollar nuevos métodos y herramientas que se 
apliquen al diagnóstico y tratamiento de enfermedades. 
Una vez que se conocen los aspectos fisiológicos, se puede observar la existencia de 
los eventos y saber como se detectan, como se miden y como se pueden manipular para 
comprender más profundamente su origen y obtener un beneficio posterior. Este trabajo 
también tiene como objetivo mostrar la relación que existe entre el Ingeniería y la fisiología 
dentro del campo de la bioingeniería o Ingeniería biomédica, y que el Ingeniero Mecánico 
Electricista, así como el Ingeniero en computación con algunos conocimientos de 
fisiología, pueden desarrollarse con éxito en este campo. 
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Índice 
Justificación ....... .. . ....... ...... ........ ........ .. . . ...... . .. .. .. . ........ . ... . 
Objetivos .............. .. ......... ... .. . .. ... .. . .................... ..... ....... . 
Índice .... . .. . ............ . .... ... . . . .. .. ... ...... ..... .... . .. .. .. .. ........... . 
INTRODUCCIÓN ............................................................... . 
I INTRODUCCIÓN A LA INSTRUMENTACIÓN BIOMÉDICA ............ . .. . . . .... . . . . 
Resumen . . ............. . .. ....... ... . ..... ..... ... .. ....... . .......... ...... .. . . 
Introducción . .. ... . .... . ... . ....... ... . .. ..... . . . ..... , ....... . .... . ..... ........ . 
Antecedentes . . .. . ... .. ....... .... ..... .. . ... ........... ....... .. .... . ........... . 
Desarrollo de la instrumentación biomédica ... ....... .. .... .. . . .. .. . ... .............. . . . 
Factores de instrumentación médica ................................................. . . 
Sistemas de instrumentación biomédica .... ... ...... . ........ ......... ... .. . . . .. .. .. . .. . 
Procedimientos médicos ....... ....... ... .. .... ..... ... ..... ... .. ... .. ..... ...... . . . 
Componentes del sistema hombre-instrumento ........................... .... .......... . 
Sistemas fisiológicos del organismo ........ ........ ..... .. . ... .... . ...... . ........... . 
El sistema cardiovascular " ......................................................... . 
El sistema respiratorio ............................................................. . 
El sistema nervioso ............................................................... . 
Bibliografía .. ... .. ........... ... . . ..... .... . . .... .. ..... . ........ ...... . . .. ... . . 
II PROPIEDADES FISICOQUÍMlCAS DE LA CÉLULA ... ......... .. ....... . ... ... ... . 
Resumen ......... . ...... .... . ....... .. . .. .. ........ ... ... .. ..... ..... . ......... . 
Introducción 
Transporte ............................ . ....................... .. ............... . 
Base física de la difusión ..... ..... .......................... ... ... .... ... .. ....... . 
Movimiento del agua a través de la membrana ......................................... . 
Cationes y aniones . ....... ... .. . ... .. .. ............ ...... .. . ..... ....... ... ' ...... . 
Origen de los potenciales .......................................................... . 
Propiedades eléctricas . . . .... ...... .. . . ... . ......... ... ................ . ... ..... .. . 
Potenciales de difusión ............. . .. ...... . ... .. ... ... ..... .... ..... .. .. . .... . .. . 
Potencial de transmembrana 
Distribución iónica y potencial de membrana .... ..... ... ...... .. ...... . .. .. .. . ........ . 
Excitabilidad y conductividad de la fibra nerviosa ...................................... . 
Características del estímulo . . .. ......... ... .. .................... . ....... ... .... . .. . 
Estado de excitación local ....................... ... ...................... .. ....... . 
El principio del "todo o nada" . ..... ...... .. .. .. ..... ......... .. .. . . . ............... . 
Periodos refractarios absoluto y relativo .. . ..... .. . . ... .. ..... ..... ....... ... .. ..... .. . 
Bibliografía .................................................................... . 
III EVENTOS BlOELÉCTRICOS (BlOPOTENCIALES) 
Resumen 
Introducción ...... .. ......... .... .. . ................ ..... .... . . .......... ... ... . . 
Potenciales de reposo y de acción .. ......... ....... .......... . . ..... .. ..... .... . .. .. . 
Potencial de acción monofásico .. .. . ......... .. ............ .. .. . . ... ....... .. ...... . 
Potenciales de acción con electrodos extracelulares ... . .................................. . 
Teoría de interferencia .. .... .. .. .. .... . ... . ..... .. .. . .. .. .......... ... ... ........ . 
El electrocardiograma (ECG) . ... ..... . ...... , ........ . ... ...... . . . . ... . .... . . . .... :. 
El electroencefalograma (EEG) . . ... ........ ..... ............ ..... ................. . . 
Electromiograma (EMG) .......... .. ............................. . . . .. ............. . 
Otros potenciales bioeléctricos ... ..... ..... . .. .. .. .. .. ... .... . .................... . . 
Bibliografía ... . . ... .. ...... . ........... ... .. ......... . .......... .... ... ... .... . . 
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IV ELECTRODOS 
Resumen 
introducción .................................. . ....................... . ......... . 
Potencial de electrodo . ..... . ....... . ............... . .... . ... . . ...... . . ... . .... . ... . 
Potencial de la unión de líquidos .... . ... . .. .. ...... ... .. . ...... ... .. . .. . . ... ......... . 
Estabilidad del potencial de electrodo .. ... ... ... . .... .. .... ... .. ..................... . 
Impedancia del electrodo . ..... .... . ... ....... .. . .. .......... ......... . .. ... . ...... . 
Electrodos sobre un sujeto .. .... .... . .... ... .... ..... ... .. . .. ... .... . .... . .. . . .. ... . 
Electrodos para biopotenciales ........... . . . . . . . . .. ..... .. .. ................ . .. ... .. . 
Microelectrodos . .. .... . . .. ....... ... .. . .. . ..... .... ...... ... . . ... . ... ..... ... .. . . 
Electrodos superficiales ........ . .......................... . ...... . . . .. . .. . .. ...... . 
Electrodos de aguja .... .. ............................................... . ........ . 
Transductores bioquímicos ......... . .................... .. . ... ... ... .. .... . . .. . .. . . . 
Electrodos de referencia ... .. .. .. . . . .. ....... . .. .................. . .. .... ...... .... . 
El electrodo de pH .... . ... . . ....... ... ..... .. .. . . . ..... ... ...................... . 
Electrodos para gases de la sangre . . ... ... .. ...... ..... . .. .. ... ... . .. .... .. . ..... ... . 
Electrodos para iones específicos ... ... .... . . . . . ................................... . 
Bibliografía ... .... ........ . ... . . ... ..... .. .. . .. ...... ..... . ... . . . . . .... . . ... .. . . 
V EL SISTEMA CARDIOV ASCULAR ....... ..... ..... . .... .. ... .... .... .. .... . ... . 
Resumen .. . . . .... .. .. .. .. . ... ... ...... .. ........ ... . . .. .... ... ...... ....... ... . . 
Introducción .................... .. . ....... ..... . ... .. . . .. .. ...... . ............... . 
El corazón y el sistema cardiovascular ... ... ..... ....... .... ..... . .. . . ....... ..... ... . 
El corazón ...... .. ............... . ...... ... . .................. . ............... . 
La presión sanguínea . ... ... . . ..... .... ............. .. .... . ... ... . .... .. ... .. .... . 
Bibliografía . .... ... .. ... .... . . ... .. . .. .. .... .. ...... .......... ... . ... . ... ..... . 
VI MEDIDAS CARDIOV ASCULARES 
Resumen . .............. .. ......... . . ... .... .. ...... . .. . .. ................... .. . . 
Introducción . . . . ... . ... . . .. . ... ........... . . .. . .. ... .. .... .. ... .. ...... .... ... . 
Electrocardiografía .......... ..... ... . ... ..... ....... . . ......... . . . . ... .......... . 
Derivaciones .................. . .... ....... .. ... ... ....... . .. ... .... .. .. . . .. . . . . 
Derivaciones unipolares de Wilson ....... ... ....... ... .. ... .. . ... .... ...... . ....... . 
Derivaciones unipolares aumentadas de Goldberger .... . ....... . . . ... ... ..... . ....... .. . 
Derivaciones unipolares precordiales .......... . .......................... . ........... . 
Importancia clínica del registro electrocardiográfico .. ... . ... . ... .. ... ..... ..... . ...... . . 
Arritmias cardiacas . . . . ... .. . . . ... . .... . . .. .... ... .. . ... .... ... ..... .... .. ... . .. . . 
El electrocardiógrafo ................... . ........................ . ................. . 
Componentes de un electrocardiógrafo ... .. .. ........................................ . 
Descripción de los componentes .. . .. . ....... ... .... .... .. ......... ... . ............ . 
Especifícaciones de entrada . . . . .... . ........................ . . .. . . ........ . .... ... . 
Especificaciones internas .. ... .. ....... . . . ..... ... ... ........ .. ... ........ . .. ... .. . 
Especificaciones de salida . ...... . ....... . .. . .. . . . . ........ . . ... ... . .. ......... .... . 
Circuito de protección del paciente y del equipo .... .. ... .. ... . .. ... ...... ... .. ... .. .... . 
Circuito de pierna derecha . ..... .. ... .. ..... . . . ........ . . .. .. . .. ... .... .... ... . .... . 
Acoplador de impedancias . . .... . ............................. . .................... . 
Aislamiento ....................................................... .. ... .. . ..... . 
Procesamiento básico de señal 
La presión sanguínea .............................. . .... . . .. ... . . ... .. .. . .. ...... . . 
Medida indirecta de la presión sanguínea (no invasivo) ... ..... .... . ......... . .. . ........ . 
Medidas directas (invasiva) .... . . .... . . .... ..... .. . .. . ........ .. ... .... ..... ... .. . 
Medida del flujo sanguíneo .. . .... ..... .. ........ . ........ .. ..................... . 
Caudalímetros electromagnéticos ................................................ .. . . 
Caudalímetros ultrasónicos ... ..... . ..... ...... . ... . . . . .... . . . ..... .......... .. .. . 
Caudalímetros basados en convección térmica 
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Medida del gasto cardiaco ..... . .. ..... ....... .... . .. . . ... .. .... ........ .. . .. ... ... . . 
Pletismografia ..... ... . . ............. . ..... . . .. ........... . . ....... .... .. . . . .. .. . 
Pletismógrafos de cámara . . ... . . . .. ...... .. .. . ... ... .. .. . .. .... .. .. . . . . ..... .. . . . . . . 
Pletismógrafo de impedancias .. .... .. ..... .. . . . .. ....... ... . . . . .. . . . . . . . . . ..... . . . . . 
Pletismógrafo fotoeléctrico . .... ..... . . .. .. ..... . . ...... . . . .. . ...... . . . .. . . .. . . . .. .. . 
Bibliografia ... . . ... .. . ... . ... ....... .. . . .. . ... . .. . . ..... .. .. ... . . . . . ... . ..... . 
VII MEDIDAS EN EL APARATO RESPIRATORIO 
Resumen .. . ......... .. .. . ... . ..... . ......... . . . ... . ....... . . .. ... .. .... . ... . ... . 
Introducción . ... .. .... . . . .. . ..... . ..... . ....... . ...... . ... . ..... . ..... . .. . ... . . 
La ventilación pulmonar . .... . . . ... .. ...... . ...... . ... . ..... . . . .. . . . . . . .... ... .. . . 
Cambios de volumen en la cavidad torácica . . .. .. .. .. . . ....... . ...... . ... . . .. . . .. ... .. . 
Anatomía y fisiología de la ventilación . . . . . . . . .. . . ... . ..... .. . .. . . . .. . .. . .. ... ..... .. . 
Compliancia y resistencia . . ... . ... .. . .. . . .... . . . . .... . .... . .. . . . ... ... .. . .. .. .... . . 
Intercambio gaseoso alveolar .... . ...... . ..... . ... .. .... . .... . . . . . .. .... ... .. . . .. . ... . 
Transporte gaseoso en la sangre . .......... . . ..... ....... . .. . . . ........ . .. . ... ... ... . 
Ventilación, difusión y perfusión .. . .. . ..... .. . . ..... . . . . .. .. . .. . .. . . . . . ....... ... . .. . 
Espacio muerto y derivaciones . .... . .. . . ... ......... . . . .... ... .. .. .... . . . ... . ..... . 
La regulación de ventilación . .... . ....... . ......... . . . . ..... .. ..... .. .... .. . . . .. . .. . . 
Medidas de presión ....... . . . ... . ...... . ................. . ....... .. . .. ......... .. . . 
Manómetrode columna líquida .. . .... .. .... . . . .. . .... . ........ . ........ .. .... .. ... . 
Transductores electromecánicos de presión . .. . ... . .. . ...... .. .... .. . . ....... . . . ... . . .. . 
Influencia de las conexiones neumáticas en la respuesta dinámica ........ . ............. . . . . . 
Medidas de flujo . .. .... . .. . . . . . ... . .. . ......... . ....... .. ..... .. .. . .. ... . .. . . .. . 
Neumótacógrafos .. .. ... .. .. . . .... ..... . . . ........ . .......... . . .. . . ... .... . . . . .. . 
Medidor de flujo máximo .. ..................... . ..... . . . .. . .. .. .. . ... . . . .... . ..... . 
Espirómetro ... .. ....... . .... . . . .............. . ... . .......... . ....... . . . . .... ... . 
Petismógrafo ...................... .. . .. .. . .. . .... . ... . ... . .... .. ... . . .. . ... ..... . 
Mecánica respiratoria . .. . .. .......... .. .. .. . . ...... . . . .... . . ... . . . .. .. .. ..... .... . . 
Compliancia respiratoria . .. . .. . . .. .. ... .. . ... . . . ........ .. . .. ..... . ..... . .. .... .. .. . 
Resistencia respiratoria . . .... . ... .. . . .. ..... .. . . . . ...... . . .. .... . .. . .... . .. . ..... . . . 
Técnicas de excitación forzada ........ . ..... . . . . .. ...................... .. ...... . .. . 
Bibliografia ................. .. ... . ............ . ..... .. . . ... . ..... . .. . . .... ... .. . 
VIII MONITORIZACIÓN 
Resumen ...................... . . . . . .. . ... . ................ . ..... .. .. . . ... . . .... . 
Introducción . ..... . ........ ... .... .. ...... . . . .... . . . . .. . .. ...... . ....... . .... .. . . 
Monitores de signos vitales .... . ..... . ... . . .... . . . . ..... . ...... .. ..... .. .. . ....... . . . 
Monitores de cabecera .... . . . . . ...... . . ...... .... .. .... . ........ .. ................ . 
Análisis de otro monitor ..... .. .. . . . ........ . ... . .......... . . . ............. .. ... . . . . 
Monitor multiparamétrico ... ...... ... .. . ....... ..... ...... .. .... . .. .. .... .. . .. .. .. . . 
Desfibriladores . . ... . .... ........ .. . .. .. .. ..... .... . . .. .. ... ... ....... .. . . . .... . . . 
Ventiladores volumétricos . .. ..... . ........... ... . . ...... . . ... ... ... . .... ... .. ...... . 
Teoría de operación .. ....... . ....... . . . ....... . ........... . . . .................... . . 
Bibliografia . . ......... .. ........ .. .. .. .... . . . .. ... ...... . . . ..... .. ........ . . . ... . 
IX TRANSDUCCIÓN, TRATAMIENTO y PROCESO DE SEÑALES ANALÓGICAS . .. . .. . 
Resumen . ..... . ... ... . . ...... . .. .. . . ... . ............ . . ..... .... .. ...... .. ...... . 
Introducción ...... . ....... . ... . ........ . ... . . . .................. . ...... .. ....... . . 
Transductores bioeléctricos . . .. ... . .. . .. .... . . . . .. .......... . ..... . . ..... .. ... . .. . . . . 
Estructura general de un sistema de medida . ... . ..... . .. . ..... . .... .. .. .. .. ... . . ..... .. . 
Características de la instrumentación biomédica ..... . ............ . .. ... . .. . . .. . . . . . .. . . . 
Clasificación general ......... . .......... .. . . .............. . .... . .. ..... .. . .. . . .. .. . 
Transductores resistivos ... . . ... ... . .... . . . .. .. .. ... .. .. . . . . .. .. . .. . .. . . . . ......... . 
Transductores de resistencia variable o potenciómetros ..... ... . . . . . . . .. . .... . . . ..... . . . .. . 
Galgas extensométricas ........... . ..... . . ... . . ...... . ..... . .. . . .. .. ... . . .. . ....... . 
VII 
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Termistores ...... . ..... ... . ............. . . . . . ..... .. .... . .... . ... .. . ... . ....... . 
Transductores inductivos 
Transductores capacitivos .... .... ............. . .... . ... ..... ..... ...... . . ..... .... . . 
Transductores piezoeléctricos ...... . . . . ...... ...... .. ... . . ..... .. . . ....... .... ...... . 
Transductores termoeléctricos ................... .. ...... ............ . .. .. . .... .. ... . . 
Termómetros de radiación .. .. .. .. .. .... .. .. .. . . .... .... . .. . ........ .. . .. . .. . ..... . . 
Fundamentos de transductores fotoeléctricos .... .. ...... ...... . .. .. .... ....... ... ..... . 
Fotodiodo y fototransistor . . . . ...... ... ... ...... . . ... ... .... . ........ ......... .. .... . 
Procesado analógico de señales ............................. . ..... . .................. . 
Amplificadores lineales no diferenciales . .......... ........ ....... ..... . . .. . .. ... .. .. . . 
El amplificador diferencial ideal . ... . ...... . .... ... . ...... .... ..... . ..... ..... .... .. . 
El amplificador diferencial ... ........... . ......... .. . .. ... .. . ............. ... ... .. . . 
Amplificador de instrumentación .................... ... ..... . ................ .... ... . 
Características del amplificador de instrumentación .. .. .... ... ... .... ....... .. .... .. ... . 
Respuesta en frecuencia ...... . ............ . ...... ..... . .. .... ..... ........ .. ... . .. . 
Mediciones de voltaje diferencial .............................. . .......... . .. ... .... . 
Convertidor de voltaje diferencial a corriente ..... ... .......... .. ........ .... ........... . 
Amplificador básico de puente ................ .. .................................... . 
Operación del circuito básico de puente ... ..... .......... . . ..... .... . .............. . .. . 
Filtros activos .......... .... ..... . .. .. ...................... .. . . .............. .. . . 
Filtro básico pasa-bajas ........................................................... . 
Diseño del filtro ........... . .. ... ......................................... . . ..... . 
Respuesta del filtro .......................... . ....................... .... ......... . 
Filtro Butterworth .............................. . ............... . ...... ... ........ . 
Procediíniento de diseño .................. . ..... ...... ...... . ...................... . 
Filtro Butterworth pasa-altas . . .... ... ...... ... . ................ . ....... ..... ........ . 
Diseño de filtro 20 dB/década ............................ . .............. . .. ........ . . 
Filtro de 40 dB/década . ...... . ... ......... ....... ..... .. . . ... ..... ... ... . .. ...... . 
Filtro pasa-banda ................................................................ . 
Diseño del filtro ... ................ ....... ........... . . . . .. . .. . . .. .. ....... ... ... . 
Filtro pasa-banda de banda angosta ........ .. .. ......... . . .. ....... ... ............... . 
Filtro rechaza-banda ......... ....... .. .. ........................ .... .............. . 
Diseño del filtro ............ .. .. ... . .... .. ..... ........... .. .. . .... . ....... ...... . 
Convers~~n digit.al. analógica, y.analógica digital .. ... ... .......... . ...................... . 
ConversJOn de dIgItal a analoglco .. .. ...... ... .. ............... .. ...... ........... ... . 
DAC multiplicativos .............................................................. . 
Especificaciones DAC ............................................................ . 
Aplicaciones DAC . .. ........ ...... .................. ..... ................... . ... . 
Conversión de analógico a digital ...... . ........ . ........ . . .... ............ . ...... . .. . 
Convertidor AlD con rampa digital .................................. . ....... .... . .. .. . 
Transmisión masiva de información (multiplexación) . . ........... . ... ............ ...... . 
Bibliografia .... .................... ..... . . .. . ......................... ..... . ... . 
X SEGURIDAD ELÉCTRICA 
Resumen ................. ... .. . . ......... .. .. .... .. ...... ...................... . 
Introducción 
Modelo fisico del riesgo de electrocución ... .. ...... ............... ... ................ . 
Efectos de la corriente eléctrica en el cuerpo humano ...... . .... .. ....................... . 
Realización de la seguridad en el equipo .... . ............ ... ..... . ....... ... ......... . 
Realización de la seguridad en la instalación ....... ... ..... .. ...................... ... . 
Bibliografia .... . ............ .... ........ . ..... ... .. . .. ..... . .... ... ......... ... . 
CONCLUSIONES ....... . ... ............. . .. . .... ................ . ..... .... ..... . 
Glosario 
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INTRODUCCIÓN 
En el presente trabajo se muestran los elementos necesarios para conocer la base de 
la instrumentación médica. Dentro de la bioingeniería existe una área llamada ingeniería 
biomédica, que a su vez, tiene tres áreas de aplicación; la ingeniería clínica, que tiene que 
ver con procesos técnico administrativos y de capacitación en centros hospitalarios. La 
ingeniería biomédica mecánica, que tiene como principal objetivo el diseño de materiales, 
dispositivos para rehabilitación y prótesis. Por último la ingeniería biomédica electrónica 
que tiene como función, el diseño de dispositivos electrónicos para su aplicación en el 
diagnóstico, seguimiento y tratamiento de la enfermedad en los pacientes. 
Desde su aparición en el planeta., el ser humano a diferencia del resto de los 
animales, aprendió a utilizar recursos que la naturaleza proporciona para obtener un 
beneficio, posteriormente, entendió que podía transformar la naturaleza para obtener un 
mayor beneficio, de esta forma se ha logrado a través del tiempo llegar al avance científico 
y tecnológico que conocemos hasta nuestros días. Este desarrollo, se ha logrado en todas las 
áreas· del conocimiento, especialmente en la ciencia y la ingeniería. Esta inquietud del 
hombre de saber más ha abierto un abanico de posibilidades para descubrir mas y nuevas 
cosas, para vivir con mayor comodidad, más sanos y prolongar el promedio de vida. 
Aunque, falta mucho por entender de la naturaleza, por ejemplo, el comprender que todos 
los procesos naturales son cíclicos y que si rompemos esos ciclos y no los respetamos, 
estamos comprometiendo la existencia del hombre y del resto de los animales. 
La mayoría de los conocimientos del hombre se han originado en la observación de 
los fenómenos naturales, estos fenómenos pueden ser químicos o fisicos, uno de los cuales 
es la electricidad. El hombre primitivo conoció este fenómeno al observar los rayos en las 
tormentas, posteriormente lograron observar otras manifestaciones de este fenómeno, 
aunque menos violentas pero comportándose de la misma manera y con menos intensidad, 
hasta descubrir que en los seres vivos también existía una corriente eléctrica. Más tarde, se 
observaron dichos fenómenos en las células de los seres vivos y que este flujo eléctrico era 
posible mediante los iones. 
Partiendo del hecho de que siempre que hay un flujo de corriente en un medio, se 
asocia con el mismo una diferencia de potencial, y dicho flujo precisa energía dado que 
encuentra resistencia en el medio. Pero si este medio es una célula y cuando esta célula 
responde a un estímulo, su membrana muestra una serie de cambios reversibles generando 
eventos fisiológicos, dichos eventos los lograron detectar y después medir los cuales se 
conocen como potenciales de acción. 
Para poder detectar los potenciales de acción, se tuvo la necesidad de comprender 
como se comporta la corriente eléctrica mediante los iones (corriente iónica), esto sirvió 
como base para encontrar materiales con propiedades químicas que podían ser 
aprovechadas para detectar y medir dichas señales eléctricas en las células. La medida 
eficiente de esos potenciales iónicos requiere que sean convertidos en potenciales 
electrónicos antes de que se puedan medir con métodos más convencionales. Los 
dispositivos que convierten los potenciales iónicos en potenciales electrónicos se 
denominan electrodos. 
Con la utilización de los electrodos se midieron diferentes tipos de señales y se 
encontró que las señales bioeléctricas obtenidas de varias células varían considerablemente 
en amplitud y en forma, aunque todas ellas tengan un origen común, el potencial de 
membrana, el cual consiste en la diferencia de potencial que existe entre el interior y el 
exterior de las células. Un ejemplo de ello es el electrocardiograma, que se origina cuando 
el impulso cardiaco atraviesa el corazón, los potenciales eléctricos se propagan a los tejidos 
que le rodean y una pequeña parte de ellos se extiende difusamente por todas partes hasta 
llegar a la superficie del cuerpo. 
Para comprender el origen del electrocardiograma (ECG), es necesario 
familiarizarse con la anatomía del corazón, el cual desde el punto de vista de la ingeniería 
consiste en una bomba de cuatro cámaras, las dos cámaras superiores conocidas como 
aurículas y las dos inferiores como ventrículos. La parte -derecha del corazón, suministra 
sangre a los pulmones para que se oxigene, mientras que la parte izquierda suministra 
sangre al resto del sistema. 
El sistema cardiovascular es complejo, pero tiene diferentes variables que se pueden 
medir, de esta forma los cardiólogos pueden emitir un diagnóstico. Por ejemplo, el 
electrocardiograma, presión arterial invasiva o no invasiva, medida del flujo sanguíneo, 
gasto cardiaco entre otros. 
La valoración cardiovascular en un paciente es importante, ya que lo que se busca es 
que todo el sistema cardiovascular funcione correctamente porque esto garantiza que el 
corazón suministre sangre a todo el organismo y que de esta forma tanto nutrientes como 
oxigeno lleguen a todas las células. 
La energía necesaria para mantener todos los procesos vitales, se obtiene mediante 
la utilización de oxígeno para metabolizar los nutrientes orgánicos en todas las células del 
organismo. La atmósfera, provee de oxígeno el cual es separado a nivel celular, por lo que 
requiere de un sistema de transporte para garantizar una distribución de oxigeno por todo el 
cuerpo así como retornar el desecho (C02) , el cual es producido en la célula y regresado a 
la atmósfera. Este sistema de transporte para O2 y CO2 comprende el sistema de vías aéreas 
entre los pulmones, boca y nariz, así como el sistema circulatorio del cuerpo. 
Este proceso ocurre en dos etapas; la primera inicia con la entrada de aire 
atmosférico al cuerpo con la inspiración, es humedecido y mezclado, y pasa al alveolo del 
pulmón. Las moléculas de oxígeno se difunden en la sangre mediante los capilares 
pulmonares. En la segunda etapa, la sangre oxigenada pasa a través de las venas 
pulmonares, el lado izquierdo para de ahí mandarlo a los tejidos periféricos, órganos y por 
difusión hasta las células. 
2 
Este proceso de respiración y buen funcionamiento del sistema cardiorrespiratorio, 
como en cualquier otro proceso en diversos padecimientos. requiere de una vigilancia 
estrecha por parte del personal médico, paramédico y enfermería apoyados por diversos 
aparatos y equipo que miden diversas variables constantemente todo el tiempo y que 
cuentan con alarmas para dar aviso al personal de alguna alteración o evento que ocurriera 
en el paciente durante su vigilancia. 
Dependiendo de la gravedad del paciente o de lo delicado de su tratamiento, se 
requiere una vigilancia más estrecha, la cual se logra con ayuda de equipo especializado en 
áreas de cuidados intensivos, urgencias, quirófanos, salas de hemodinamia etc. Este equipo 
puede ser de monitoreo, de soporte de vida o reanimación cardiaca. Algunos ejemplos de 
estos equipos son los monitores de cabecera (o de signos vitales), los cuales detectan 
algunos parámetros importantes en la vigilancia del paciente como la temperatura, presiónarterial, frecuencia cardiaca, electrocardiograma, saturación de oxígeno, CO2, O2 
inspiratorios etc. Otros de soporte de vida como los ventiladores (o respiradores), que 
pueden ser de presión o de volumen. De reanimación cardiaca el más representativo es el 
desfibrilador. 
Para que los instrumentos puedan medir las variables fisicas, se requiere de 
componentes que puedan transformar esas señales obtenidas del organismo para que 
puedán ser procesadas. Dichos dispositivos se conocen como transductores, estos 
transductores convierten una variable fisica que puede ser temperatura, presión, cambio de 
velocidad, de volumen etc, en señales eléctricas, posteriormente esas señales eléctricas se 
acondicionan, amplifican, se filtran y pasan a un convertidor analógico digital, después se 
procesan y pueden guardarse valores en la memoria si así lo desea el usuario. Una vez 
procesada la información esta puede ser mostrada mediante dispositivos como impresoras, 
pantallas, display, etc. 
Al encontrarse el paciente en contacto directo con equipos electrónicos los cuales se 
alimentan con corriente eléctrica, están expuestos a sufrir descargas, de manera que se 
requiere todo un sistema de seguridad eléctrica para garantizar la seguridad del paciente; así 
como de los operadores de los equipos. La seguridad eléctrica es esencial en el diseño, 
fabricación, instalación utilización y mantenimiento de la instrumentación médica. El 
principal objetivo es reducir el riesgo para el paciente, el operador, el entorno, el equipo y 
la instalación. . 
3 
I INTRODUCCIÓN A LA INSTRUMENTACIÓN BIOMÉDICA 
Resumen 
Este capítulo se inicia con los antecedentes que dieron origen a la instrumentación 
biomédica y una breve historia de su desarrollo. Algunos tipos de instrumentos son 
exclusivos del campo de la medicina, pero muchos son adaptaciones de instrumentos de 
medidas fisicas ampliamente utilizadas, es decir, que para el diseño. de los sistemas de 
instrumentación biomédica, se deben considerar ciertos factores, como el margen, la 
precisión, sensibilidad, linealidad, histéresis, respuesta frecuencial, relación señal-ruido, 
estabilidad, aislamiento y simplicidad los cuales también se tratan en este capítulo. Se da 
una breve explicación del sistema de instrumentación y se habla también en forma. breve de 
los procedimientos médicos realizados en un individuo por el médico o grupo de médicos 
para el diagnóstico y tratamiento. Se explica en que consiste el sistema hombre-instrumento 
y se describen cada uno de sus componentes. Por último, se da una explicación breve de los 
sistemas fisiológicos del organismo desde el punto de vista de la ingeniería, dichos sistemas 
son; el sistema cardiovascular, el sistema nervioso yel sistema respiratorio. 
Introducción 
El hombre desde su origen, ha utilizado herramientas que la naturaleza le 
proporciona o bien con creatividad e ingenio adapta o le encuentra utilidad a las cosas. La 
curiosidad de conocer más acerca de su ambiente lo ha orillado a aprender de la naturaleza, 
a imitarla ya obtener beneficios de la misma. 
De esta manera logró desarrollar instrumentos de caza, de pesca y agrícolas y pasar 
de una vida primero nómada y después sedentaria. Así el hombre comienza a desarro liase 
en todas las áreas del conocimiento. En los dos últimos siglos el mayor avance del hombre 
se tiene en la ciencia y la ingeniería donde se han desarrollado grandes descubrimientos 
científicos así como una gran cantidad de inventos que han beneficiado a millones de 
personas en todo el mundo. 
Dentro de estos avances y debido al apoyo tecnológico para investigaciones 
militares y de proyectos espaciales se encuentra sin duda la instrumentación médica. 
Algunos tipos de instrumentación biomédica son exclusivos en el área de la medicina, pero 
muchas medidas fisicas son utilizadas ampliamente, de tal forma que debe reunir ciertos 
factores como el resto de los instrumentos, por ejemplo precisión, linealidad, estabilidad, 
etc. todo esto con el fin de obtener óptimos resultados al medir nuestro sistema, que en este 
caso lo constituye el cuerpo humano. Como en la obtención de datos de los organismos 
vivos especialmente el ser humano, surgen diferentes problemas debido a la interacción 
entre el sistema de instrumentación y el individuo en el que se mide, por tal motivo se hace 
necesario considerar al individuo como parte integrante del sistema de instrumentación y 
5 
manejarlo como una caja negra Por lo tanto a este sistema global que incluye a la persona y 
al instrumento se denomina sistema hombre-instrumento. 
La instrumentación médica actualmente está presente casi en todos los 
procedimientos médicos desde el diagnóstico hasta el tratamiento. Es decir desde 
instrumentos sencillos como el estetoscopio hasta la T omografia Computarizada, para 
ampliar el criterio a los médicos y establecer un mejor diagnóstico y un tratamiento 
adecuado. 
El sistema hombre-instrumento se entiende como un conjunto de instrumentos y 
equipo utilizados en la medida de una o más características o fenómenos, así como la 
presentación de la información obtenida de dichas medidas de tal forma que la pueda 
interpretar el hombre. Dentro de este sistema algunas veces se incluyen componentes que 
proporcionan un estímulo o excitación o bien puede contar con un mecanismo de control 
para ciertos procesos dentro o fuera del sistema, pero para que este completo dicho sistema 
debe incluir al hombre en quien se realizan las medidas. 
Para poder hacer mediciones en el individuo, se hace necesario recordar en que 
consisten los principales sistemas fisiológicos del organismo, como el sistema 
cardiovascular, sistema nervioso y el sistema respiratorio y tener una descripción desde el 
punto' de vista de la ingeniería, para ilustrar algunos de los problemas que se pueden esperar 
al tratar con un organismo vivo. 
Antecedentes 
En 1714 Daniel Fahrenheit, un fabricante alemán de instrumentos, inventó el 
termómetro de mercurio. El termómetro Fahrenheit, así como el termómetro centígrado 
usado en los países latinos que se sigue utilizando actualmente. 
Hales insertó por primera vez en 1728, un tubo de cristal en una arteria de un 
caballo y midió toscamente la presión arterial. 
Etienne Jules Marey, fisiólogo pionero del siglo XIX, llamó la atención en una 
actividad que, muchos creyeron que sería una innovación, es decir, la utilización de las 
últimas herramientas en la fisica e ingeniería para investigar el fenómeno de los 
organismos vivos. Su siguiente informe (1878), fue como una profecía de la aplicación en 
nuestros días de estas técnicas en las ciencias biológicas. 
"En efecto, en el campo de la rigurosa experimentación, todas las ciencias se dan la 
mano. Cualquier cosa es objeto de estos estudios, aquello en lo que se quiera medir una 
fuerza, un movimiento, estado eléctrico o temperatura, si él (el investigador) es un fisico, 
químico ó' fisiólogo, tiene que recurrir a los mismos métodos y emplear los mismos 
instrumentos. " 
6 
El primer electrocardiograma lo registró Waller. en 1887, el cual fue mejorado por 
Einthoven en 1903 mediante el galvanómetro de hilo. Einthoven por sus aportaciones entre 
ellas el triángulo de Einthoven. es considerado el padre de la electrocardiografía. 
En el año de 1895, Guillermo Roentgen, director del instituto de física de la 
Universidad de Wurzburgo Alemania, publicó un estudio con fotografías que presentaban. 
el esqueleto de una mano de una persona viva. 
Este hecho dio a conocer al mundo el descubrimiento de los Rayos X, que por un 
lado reveló su gran importancia médica en el campo de los diagnósticos y por el otro 
representó, el punto de partida de las investigaciones en el campo de la física atómica. Los 
Rayos X, siguen formando parte vital en el diagnóstico clínico, y su descubrimiento marcó 
el inicio de la irnagenología. 
En un principio los rayos X fueron utilizados para observar fracturas y 
dislocaciones, posteriormente llegarona formar parte de equipos de uso común en 
hospitales en las ciudades. Cuarenta años después se podía visualizar prácticamente todo el 
cuerpo humano, los rayos X se consolidaron como una herramienta imprescindible en el 
diagnóstico de muchas enfermedades y padecimientos, de esta forma se fueron haciendo 
más complejos a través del tiempo y por otro lado sus costos han hecho que sólo en grandes 
hospitales se cuente con los más modernos. 
En los años 20's, los cambios en los electroencefalogramas durante una anestesia 
general con cloroformo, fueron observados y descritos por Has Bregar. 
Edgar Douglas Adrian, un ingeniero eléctrico y médico inglés, fue uno de los 
primeros en registrar potenciales en una fíbra nerviosa. Este trabajo inicial, permitió el 
descubrimiento del ritmo Berger y la puesta en marcha en la investigación del sistema 
nervIOSO. 
El primer respirador artificial fue introducido en 1927 y el primer marcapasos en 
1939. En los años cuarenta los procedimientos médicos ya dependían ampliamente de la 
tecnología, como la cateterización cardiaca y angiografía con lo que fue posible 
diagnosticar de forma más precisa enfermedades cardiacas congénitas y adquiridas, 
estableciendo una nueva era de la cirugía cardiovascular. 
En mayo 12 de 1934, la primera demostración pública del ritmo Berger fue 
realizada en Inglaterra, usando un amplificador de un solo canal de electrocardiograma. 
Con esta demostración, fue verificado el trabajo que cinco años antes había realizado Hans 
Berger. El ritmo Berger es al que nos referimos actualmente como ritmo alfa. 
Consecuentemente, Hans Berger es conocido como 
electroencefalografía (EEG). Al pasar los años, evaluaciones e 
permitieron el descubrimiento de otros aspectos de la EEG, tal 
actualmente. 
7 
el padre de la 
informes adicionales 
como la conocemos 
Desarrollo de la instrumentación biomédica 
La biología y la ingeniería han tenido una influencia mutua desde hace muchos 
años. En cierto modo, los seres humanos, como fabricantes de herramientas han imitado 
todo cuanto han visto alrededor en la naturaleza. El cuchillo es un cohnillo artificial; la 
palanca un brazo artificial; la rueda tuvo como modelo al rodillo, que a su vez se inspiró en 
el tronco rodante de un árbol; las aves fueron modelo de inspiración para el desarrollo de 
los aeroplanos; y así sucesivamente. 
De la misma manera, la ingeniería ha aportado herramientas para estudiar los 
eventos biológicos, por ejemplo, la ingeniería agrícola que ha aplicado los principios de la 
ingeniería a la solución de problemas de la producción biológica y las acciones externas y 
ambientales que fluyen en ella. 
A partir de la segunda guerra mundiaL se han desarrollado varias eras tecnológicas 
simuháneas. La ingeniería nuclear, la ingeniería electrónica, la ingeniería espacial y la 
ingeniería en computación son buenos ejemplos. Cada uno de estos campos a tenido un 
crecimiento rápido y sostenido. 
La ingeniería al transformar los recursos naturales en bienes y servicios para la 
sociedad, introdujo comodidades, ventajas y métodos de transporte más rápidos y 
eficientes, pero produjo por otro lado, muchos problemas; como, la contaminación del aire, 
agua, alteración de ecosistemas, muertes por accidentes y producción de armas de 
destrucción masiva. 
La ingeniería biomédica puede escapar en cierta medida a ciertas críticas por los 
daños que llegaran a producir, sin embargo, serían despreciables comparado con los 
grandes beneficios que aporta a la humanidad. 
Muchos instrumentos se desarrollaron a fines del siglo XIX y principios del siglo 
XX; por ejemplo el electrocardiógrafo utilizado por primera vez por el fisiólogo Holandés 
Willem Einthoven. En 1903 desarrolló un galvanómetro extraordinariamente sensible, tanto 
que respondía a las pequeñas fluctuaciones del potencial eléctrico del corazón cuando late. 
Hacia 1906, Einthoven registró las deflexiones de este potencial y las correlacionó con 
diversos tipos de trastornos cardiacos, Einthoven marcó el inicio de una nueva era en la 
medicina cardiovascular y las técnicas de medición eléctrica. 
Después de la segunda guerra mundial se contó con una gran cantidad de 
instrumentos electrónicos, tales como amplificadores y graficadores, comenzando así con 
una nueva etapa de investigación y experimentación, especialmente en la década de los 
cincuenta, fue entonces cuando se encontraron diversos problemas, porque los 
investigadores pronto se dieron cuenta que los parámetros fisiológicos no se miden del 
mismo modo que los parámetros fisicos. En esa misma década muchos fabricantes de 
instrumentos se introdujeron en el campo de la instrumentación biomédica, por ejemplo la 
empresa japonesa Nihon Kohden sacó al mercado su primer electrocardiógrafo, así como su 
primer electroencefalógrafo de ocho canales (el ME-ID), la empresa alemana Ddiger con 
8 
máquinas de anestesia y respiradores mecánicos, así como Beckman instruments por citar 
algunos. 
El gobierno de los Estados unidos a través de la NASA. invirtió mucho dinero para 
la investigación y desarrollo de esta área. puesto que los programas espaciales mercurio. 
Gémirús y Apolo requerían de una monitorización fisiológica precisa de los astronautas. 
Los programas de medicina aerospacial aumentaron considerablemente, tanto en la NASA 
como en las unidades de investigación de las universidades y hospitales. Algunos de los 
conceptos y características de los sistemas de monitoreo utilizados actualmente en los 
hospitales de todo el mundo, evolucionaron a partir de la base de monitorización de 
astronautas. En la década de los setenta la instrumentación médica creció rápidamente, en 
los ochenta se contaba con una amplia gama de instrumentos, muchos de éstos más 
completos, más especiaIizados, más pequeños y fáciles de operar. 
Actualmente, se puede encontrar una gran cantidad de instrumentos mucho más 
complejos y versátiles, muchos de ellos completamente computarizados, tanto para el 
diagnóstico como los electrocardiógrafos, electroencefalógrafos, sistemas de mapeo 
cerebral, de sistemas evocados, sistemas holter, para pruebas de esfuerzo, pletismógrafos, 
electronigstagmógrafos, computadoras de gasto cardiaco, equipos de hemodinamia, 
irnagenología (ultrasonido, Rayos X, tomografia y resonancia magnética) y de laboratorio 
(aiiáIiZadores de química clínica, hematología, bacteriología, etc.), también se pueden 
encontrar diversos equipos de monitoreo y tratamiento de pacientes para diversas 
enfermedades. Todos fabricados por una gran cantidad de compañías reconocidas en el 
ámbito mundial por su alta tecnología como: Nihon Kohden, Drager, Hewlett Packard, 
General Electric, T oshiba, Philips y muchas más. 
Factores de instrumentación médica 
La ingeniería está basada en medidas exactas, toda medida sea de una distancia, 
peso, tiempo y de cualquier otra especie requiere de dos elementos: primero, un número y 
segundo una unidad. En cada caso, la unidad es tan necesaria como el número, para 
expresar el valor de la cantidad medida. 
Las medidas fisiológicas se obtienen de dos formas; algunas de ellas se obtienen de 
forma pasiva, puesto que no se requiere de energía externa (estímulo) para producir las 
señales que representan la información deseada. Dichas medidas incluyen los potenciales 
bioeléctricos (Electroencefalograma, Electrocardiograma, Electromiograma etc.). De igual 
forma los instrumentos con micrófonos para medir sonidos y vibraciones del corazón, 
termistores para medir la temperatura del cuerpo. Sin embargo, muchos instrumentos 
requieren de algún tipo de energía para obtener datos. 
En general, todos los métodos de experimentación biológica involucran mecanismos 
de excitación y respuesta, controlando los parámetros de excitación (estímulo) es posible 
obtener respuestas provocadas con muy variado contenido de información. 
9 
Algunos tipos de instrumentación biomédica son exclusivos del campo de la 
medicina, pero muchas son adaptacionesde medidas fisicas ampliamente utilizadas. Un 
termistor por ejemplo, modifica su resistencia eléctrica con la temperatura, 
independientemente de si se trata de una máq~ del medio ambiente o del cuerpo 
hwnano. Básicamente es el mismo principio puesto que, sólo se diferencia en la forma y 
tamaño del instrumento y la temperatura se indica en el voltímetro calIbrado en grados 
centígrados o Fahrenheit. Para el diseño o especificación de los sistemas de 
instrumentación médic~ se deben considerar cada uno de los siguientes factores: 
Margen: En general el margen de un instrumento se estudia para que cubra todos los 
niveles de amplitud y frecuencia de entrada en los cuales se espera que funcione el aparato. 
El objetivo sería ofrecer un instrumento que diese una lectura utilizable desde los valores 
más pequeños esperados para las variables o parámetros que se miden hasta los más 
grandes. 
Precisión: La precisión es una medida del error del sistema, los errores se pueden producir 
de muchas formas, aunque no siempre se presentan simultáneamente se deben considerar 
los siguientes: 
l . Errores debidos a las tolerancias en los componentes electrónicos. 
2. Errores mecánicos debidos a los movimientos del medidor. 
3. Errores de los componentes debidos a la deriva o variación de la temperatura. 
4. Errores debidos a una respuesta frecuencial insuficiente. 
5. En ciertos tipos de instrumentos, errores debidos a cambios en la presión o 
temperatura atmosférica. 
6. Errores en la lectura debidos al paralelaje, iluminación inadecuad~ o trazos de 
tinta excesivamente anchos en una impresora de pluma. 
No se deben pasar por alto dos fuentes de error adicionales, la primera se refiere a la 
puesta a cero correcta del instrumento. En la mayoría de las medidas hace falta un cero o 
una medida basaL ello se logra ,a menudo ajustando un puente de Wheastone o un 
dispositivo similar. Es muy importante que, cuando haga falt~ el ajuste o puesta a cero se 
realice antes de cada conjunto de medidas y en algunos instrumentos, antes de cada medida. 
Otra fuente de error es el efecto de los parámetros que se miden y vicevers~ esto es 
especialmente cierto en medidas en organismos vivos y se tratará posteriormente en el 
capítulo dos. 
Sensibilidad: La sensibilidad de un instrumento determina cual es la menor variación de 
una variable o parámetro que se puede medir de manera fidedigna. Este factor difiere del 
margen del instrumento en que la sensibilidad no tiene en cuenta los valores absolutos del 
parámetro sino que considera los minúsculos cambios que se pueden detectar. La 
sensibilidad determina directamente la resolución del instrumento, que es la mínima 
variación que se puede leer con precisión. Una variación demasiado alta produce 
frecuentemente no linealidades o inestabilidad. Por lo tanto la sensibilidad óptima se debe 
determinar para cualquier tipo de medida concreta. Las indicaciones de sensibilidad se 
expresan por lo general en forma de longitud de escala dividida por la cantidad que se 
10 
mide; por ejemplo, milímetros por micro amperio en un galvanómetro de hilo . Algunas 
veces estas unidades se expresan de forma recíproca. 
Linealidad: Se designa como linealidad del instrumento, al grado en el que las variaciones 
en la salida del mismo siguen a las variaciones de la entrada. En un sistema lineal la 
sensibilidad sería la misma para todos los niveles absolutos de la entrada. tanto en la zona 
superior como en el centro o en la zona inferior de su margen. En algunos instrumentos se 
introduce cierto tipo de no linealidad a propósito para crear un efecto deseado, mientras que 
en otros es necesario tener escalas tan lineales como sea posible en el margen entero de 
medida. Debe lograrse linealidad en las zonas más importantes aunque sea imposible 
lograrla en todo el margen completo. 
Histéresis: La histéresis es una característica de algunos instrumentos, por la cual un valor 
dado de lá variable medida produce, cuando se alcanza en sentido ascendente, una lectura 
distinta a cuando se alcanza en sentido descendente. Por ejemplo, la fricción mecánica en 
un medidor puede indicar el movimiento de la aguja indicadora retrasando los cambios 
correspondientes a la variable medida, produciendo de este modo en la lectura un error de 
histéresis. 
Respuesta frecuencial: La respuesta frecuencial de un instrumento es su variación de 
sensibilidad para la gama de frecuencias de medida. Es importante para visualizar una señal 
que sea una reproducción fiel de la señal fisiológica original. Un sistema de 
instrumentación deberá ser capaz de responder con suficiente rapidez para reproducir todas 
las componentes frecuenciales de la señal con la misma sensibilidad. Esta condición se 
indica como respuesta plana para una gama de frecuencias dada. 
Relación señal-ruido: Es importante que la relación señal-ruido sea lo más grande posible. 
En el ambiente hospitalario, son frecuentes las interferencias o ruidos de la frecuencia de la 
red y por lo general se captan en los cables largos. También son posibles las interferencias 
debidas a los equipos electromagnéticos, una tierra pobre es causa frecuente de este tipo de 
problemas de ruido. 
Sin embargo, se deben distinguir tales ruidos de interferencias debidos al 
acoplamiento con otras fuentes de energía, del ruido térmico. Aunque el ruido térmico es 
con frecuencia el factor que limita la detección de señales con otros campos de la 
electrónica, el ruido de interferencias es el mayor problema en sistemas biomédicos. 
También es importante conocer y controlar la señal-ruido en el ambiente real donde se 
realizan las medidas. 
Estabilidad: En ingeniería de control, la estabilidad es la capacidad de un sistema de 
retornar a un estado estacionario después de una perturbación en la entrada, en lugar de 
tender a una oscilación incontrolable. Este es un factor que varia con la relación de 
amplificación, realimentación y otras características del sistema. El sistema global debe ser 
suficientemente estable para su utilización en el campo de la instrumentación biomédica. 
La estabilidad de la línea basal es el mantenimiento de un valor de la línea de base 
constante, sin deriva. 
II 
Aislamiento: Con frecuencia las medidas se deben hacer en pacientes o animales 
experimentales de tal forma que, el instrumento no establezca una conexión eléctrica entre 
el organismo y tierra. Este aislamiento es necesario por razones de seguridad eléctrica o 
evitar interferencia entre distintos instrumentos usados simultáneamente. El aislamiento 
eléctrico se puede lograr mediante el acoplo magnético, óptico o telemetría. La telemetría 
se utiliza también cuando es necesario el movimiento de la persona donde se mide y así 
evitar la molestia de los cables de conexión. 
Simplicidad: Todos los sistemas e instrumentos deben ser lo más simples posible para 
eliminar la posibilidad de error en un componente humano. La mayoría requieren una 
cahbración antes de utilizarlos. Cada componente de un sistema de medida se calibra 
generalmente por separado en fábrica. Cuando el sistema médico esta montado, se debe 
cahbrar globalmente. La calibración se debe realizar siempre empleando como referencia 
instrumentos sin error del tipo más simple, o bien equipos que el mismo fabricante diseña 
para tales fines. 
Sistemas de instrumentación biomédica 
El hombre como organismo viviente, se puede considerar como un grupo de 
unidades diminutas llamadas células, las cuales están maravillosamente integradas tanto 
estructural como funcionalmente. Las células terminan por especializarse o diferenciarse en 
mayor o menor grado. Un conjunto de células diferenciadas en forma similar constituye un 
tejido. Los tejidos a su vez forman órganos; los órganos forman sistemas y aparatos. Así los 
sistemas se combinan de manera complicada para darle vida y movimiento al cuerpo 
humano. Desde el punto de vista biológico, considerar el cuerpo humano como un ser que 
actúa y piensa uno se quedaasombrado de la complejidad de la organización del cuerpo y 
del admirable equilibrio e interdependencia de las diversas partes que lo forman. La 
anatomía y fisiología describen esta interdependencia de estructura y función, es decir, la 
anatomía es la ciencia de la forma y estructura del cuerpo y sus partes y la fisiología estudia 
las funciones del cuerpo y sus partes componentes. 
La división entre la anatomía y la fisiología no siempre es clara, el uso de estos 
términos se usa más como indicador de énfasis que como división neta entre materias. En 
muchas áreas, la relación entre estos dos enfoques de investigación se ha hecho tan íntima 
que los científicos tienden a especializarse en el estudio de órganos y sistemas particulares, 
cuya definición incluye aspectos funcionales y estructurales, por ejemplo, la cardiología, 
que estudia al corazón y estructuras relacionadas. 
Desde que se identificó a la célula como la unidad anatómica y funcional de la vida, 
los fisiólogos han comprendido la importancia de conservar un medio interno constante. 
Este medio constante se conoce como homeostasia (variación dentro de limites normales a 
pesar del cambio continuo). Entre los mecanismos de control homeostático conocidos, 
están los que conservan las concentraciones normales de elementos en la sangre, la 
temperatura del cuerpo, el volumen y el pH de los líquidos corporales, la presión arterial y 
la frecuencia cardiaca. 
12 
Todos los mecanismos de control homeostático del cuerpo funcionan por medio de 
un sistema de retroalimentación negativa. En realidad, la retroalimentación es una señal de 
información que comunica al mecanismo de mando, lo bien que desempeña su función. al 
establecer o mantener una variable en el nivel deseado. 
Si para los médicos, el cuerpo esta constituido de una compleja organización. 
equilibrio e interdependencia entre las partes que lo forman, para el ingeniero, el cuerpo 
humano representa una de las cajas negras más dificiles que se pueda concebir. 
Dentro de esta caja negra se pueden encontrar sistemas eléctricos, neumáticos. 
hidráulicos, mecánicos, acústicos, ópticos, térmicos, químicos y muchos de otros tipos. 
interactuando todos unos con otros. Además, contiene un potente "microprocesador" 
(cerebro), varios tipos de sistemas de comunicación y una gran variedad de sistemas de 
control. Por esta razón, al intentar medir las entradas y salidas del sistema es fácil para el 
ingeniero darse cuenta que, ninguna de las relaciones entrada-salida es determinística. Esto 
es, la aplicación repetida de un conjunto de valores de entrada dados no siempre producirá 
los mismos valores de salida. De hecho muchas de las salidas parecen presentar una amplia 
gama de respuestas para un conjunto de entradas dado, dependiendo de algunas condiciones 
aparentemente sin importancia mientras que otras parecen ser completamente aleatorias y 
sin relación alguna con ninguna de las entradas. 
A simple vista, la tarea de medir y analizar las variables de una caja negra viva, 
probablemente sería considerada imposible por la mayoría de los ingenieros; sin embargo. 
este es el problema con el que se encuentran en el campo de la medicina quienes intentan 
medir y comprender las relaciones internas del cuerpo humano. La función de la 
instrumentación médica es ayudar al médico y al investigador a idear fonnas de obtener 
medidas del ser humano vivo, confiables y significativas, pero sin poner en peligro en 
modo alguno la vida en la persona en la que se realizan las medidas y sin exigir que el 
individuo soporte un excesivo dolor o incomodidad o cualquier otra condición indeseable. 
Dado que, en la obtención de datos de los organismos vivos en especial el del ser 
humano aparecen problemas especiales y debido a la gran interacción entre el sistema de 
instrumentación y el individuo en el que se mide es indispensable que la persona en la que 
se hacen las medidas sea considerada como parte integrante del sistema de instrumentación. 
Es decir, que para los datos obtenidos a partir de la caja negra (el ser humano), tengan 
sentido en el diseño y aplicación de cualquier instrumento de medida, "se deben considerar 
las características internas de la caja negra". Por lo tanto , el sistema global que incluye la 
persona y la instrumentación necesaria para medir en ella se denomina "sistema hombre-
instrumento" . 
Procedimientos médicos 
Imaginar qué sucedería, si fuéramos a cualquier hospital hoy en día, y solicitáramos 
al personal médico y de laboratorio, abstenerse de utilizar cualquier tipo de instrumento 
médico por 24 horas. Es obvio que esta petición los sorprendería de gran fonna, porque un 
diagnóstico del médico y sus habilidades terapéuticas, dependen básicamente de valores 
obtenidos de un instrumento biomédico. Probablemente el médico no se da cuenta o bien 
13 
no quiere reconocer que, la forma en la que se practica la medicina y esto se observa 
claramente, que ésta (la medicina) ha llegado a depender de la instrumentación. 
Podemos definir la medicina como una serie de pasos y procedimientos realizados 
en un individuo por un médico, un grupo de médicos o una institución, los cuales se repiten 
hasta que los srntomas desaparecen. Dichos pasos son: 
1. Adquisición de datos 
2. Análisis de datos 
3. Toma de decisión (diagnóstico) 
4. Tratamiento instituido de la decisión 
5. Repetir 
La 'instrumentación médica, juega un papel muy importante en varios de estos pasos. 
Los instrumentos, regularmente colectan las señales, las cuales analizan, despliegan la 
infonnación y controlan el tratamiento. 
En el paso de adquisición de datos, el médico recoge todos los datos que pueda 
acerca del paciente. Algunos de ellos son obtenidos fácilmente, tales como la apariencia del 
paciente, el color de su piel, el sonido de una tos o la localización y aspecto de lesiones. 
Pero 'para muchos otros tipos de datos, la percepción del médico no es suficientemente 
sensible, o no es suficientemente precisa para recolectar todos los datos. Por ejemplo, no 
puede detectar algunos tipos de huesos rotos o presión alta El médico puede notar que un 
paciente esta respirando con dificultad pero necesitará saber más acerca del paciente para 
saber que esta sucediendo y así poder emitir unjuicio. 
La instrumentación médica ayuda al médico porque amplía los criterios y en 
algunos casos provee nuevos juicios para que los use en la recolección de datos. 
Instrumentos sencillos como el estetoscopio o complejos dispositivos de imágenes como la 
Tomografia Computarizada, amplían los criterios a los médicos. Instrumentos que detectan 
biopotenciales (potenciales dentro y fuera del cuerpo) y sensores que responden a la acidez 
(pH), la presión parcial de CO2 (PC02) y la presión parcial de O2 (P02), da al médico 
criterios adicionales y les proporciona un panorama más completo de las condiciones reales 
del paciente. 
La instrumentación médica, también ayuda al médico a analizar los datos. Por 
ejemplo, un monitor de signos vitales analiza el latido cardiaco continuamente y determina 
cuando ocurren anormalidades que amenazan la vida del paciente. 
La llegada del microprocesador, ha incrementado enormemente la capacidad de la 
instrumentación médica para analizar datos. Estos instrumentos basados en 
microprocesadores y microcontroladores pueden realizar operaciones matemáticas muy 
sofisticadas en los datos que ellos mismos colectan. Adicionalmente, con los instrumentos 
médicos colectando y procesando constantes incrementos en la cantidad de datos, llegan a 
ser tan importantes que, esta información es presentada al personal médico en una forma 
directa y clara de manera que ellos pueden sostener más efectivamente su responsabilidad 
en la toma de decisiones. 
14 
Componentes del sistema hombre-instrumento 
Un sistema hombre-instrumento se podría defmir como un conjunto de instrumentos 
y equipo utilizados en la medida de una o más características o fenómenos, así como la 
presentación dela infonnación obtenida de dichas medidas de tal forma que. la pueda leer e 
interpretar el hombre. En algunos casos, el sistema de instrumentación incluye 
componentes que proporcionan un estímulo o excitación, para una o más. entradas del 
dispositivo donde se mide. También puede contar con un mecanismo para control 
automático para ciertos procesos dentro y fuera del sistema. Para que el sistema hombre-
instrumento esté completo se debe incluir al ser humano en quien se realizan las medidas. 
Podríamos clasificar la instrumentación biomédica en dos grupos principales: 
Clínica y de investigación, la primera se utiliza básicamente en el diagnóstico, cuidado. 
monitoreo 'y tratamiento de pacientes en los hospitales. Los instrumentos utilizados en la 
investigación, son necesarios para conocer nuevos aspectos o eventos acerca de los 
distintos sistemas del organismo. Aunque algunos instrumentos se pueden emplear en las 
dos áreas, los instrumentos utilizados en hospitales son más completos y de fácil 
utilización, debido a que los usuarios son médicos, enfermeras y técnicos, mientras que los 
de investigación usualmente son más completos, más especializados y diseñados para 
obtener un mayor grado de precisión, resolución etc. 
Presentación 
Grafic:ulDr 
Figlua 1.1. Diagrama a bloqueos deol sisteoma hOlnbrt'-instrwnellto . Nótesl", 
como eol bloque dl" control compll"ta l"l circuito de realiml"ntación. 
En la figura 1.1, se muestra un diagrama a bloques del sistema hombre-instrumento. 
Los componentes básicos de este sistema es el mismo que para cualquier sistema de 
instrumentación. El bloque de estirnulación contiene una fuente de estímulo. Si el 
instrumento va a examinar una respuesta en particular, entonces un estímulo repetido puede 
iniciar respuestas las cuales pueden ser estudiadas. El siguiente bloque contiene los 
sensores. Aquí, transductores especiales convierten las señales provenientes del organismo 
en señales eléctricas. Estas señales, viajan al bloque de proceso, donde se llevan al cabo 
15 
operaciones como amplificación, filtrado , interferencia, rechazo y prepara las señales para 
la salida. La información entonces fluye hacia los bloques de monitoreo (display). 
grabación y bloque de distribución, donde la información es mostrada mediante otros 
mecanismos, graficar en papel o algún otro medio de almacenaje pernlanente o bien 
distrihuirlo a otras áreas distantes. Finalmente. los datos procesados fluyen hacia el bloque 
de control de tratamiento del paciente o estímulo del paciente. 
EL INDIVIDUO: El individuo es el ser humano en el que se realizan las medidas. Dado 
que es el individuo quien hace a este sistema distinto a los otros sistemas de 
instrumentación, los principales sistemas fisiológicos que constituyen el organismo humano 
se tratan con más detalle más adelante. 
ESTÍMULO: En muchas medidas, se requiere la respuesta a algún tipo de estímulo externo. 
La instrumentación empleada para generar y presentar este estímulo al individuo es parte 
vital del sistema hombre-instrumento siempre que se miden las respuestas. El. estímulo 
puede ser visual (luz estroboscópica), acústico (un tono de determinada frecuencia), o 
estimulación eléctrica directa de alguna parte del sistema nervioso. 
SENSORES: Los sensores consisten en transductores especiales. En general un transductor 
se define como un dispositivo capaz de convertir una forma de energía o señal en otra. En 
el sistema hombre-instrumento, cada transductor se emplea para producir una señal 
eléctrica que es analogía del fenómeno que se mide. El transductor puede medir 
temperatura, presión, flujo o cualquiera de las otras variables que se puedan encontrar en el 
organismo, pero su salida es siempre una señal eléctrica. Se pueden utilizar dos o más 
transductores simultáneamente para obtener variaciones relativas entre fenómenos. 
PROCESAMIENTO: Es la parte del sistema de instrumentación que amplifica, modifica o 
cambia de alguna otra forma la salida eléctrica del transductor. Este tratamiento de la señal 
se utiliza también para combinar o relacionar las salidas de dos o más transductores. Por lo 
tanto, para cada módulo del equipo de tratamiento de la señal, tanto la entrada como la 
salida son señales eléctricas, si bien la señal de salida frecuentemente está muy modificada 
con respecto a la entrada. Luego en esencia, la finalidad del tratamiento de señal consiste en 
procesar las señales de los transductores para cumplir las funciones del sistema y preparar 
señales adecuadas para el funcionamiento del equipo de visualización o registro siguientes. 
PRESENTACIÓN: La salida eléctrica del tratamiento de la señal se debe convertir, a fin de 
que sea inteligible, en algo que pueda ser percibido por uno de los sentidos del hombre 
convirtiendo así la señal obtenida con la medición en algo comprensible. La entrada del 
bloque de presentación es la señal eléctrica modificada proveniente de la parte de 
procesamiento. Su salida es algún tipo de información visual o acústica. 
GRAFICADOR: En el sistema hombre-instrumento la presentación puede incluir un 
graficador de plumilla que realice un registro permanente de los datos. 
DISTRIBUCIÓN: En algún momento, los resultados de ciertos instrumentos pueden 
enviarse a la red del sistema del hospital o bien por telemetría a algún punto donde se 
requiera, por ejemplo, de una ambulancia al servicio de urgencias del hospital. 
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CONTROL: Donde sea necesario o deseable disponer de un control automático del 
estímulo, transductores o cualquier otra parte del sistema hombre-instrumento. se incorpora ' 
un sistema de control. Este sistema consta por lo general de un lazo de realimentación 
donde se emplea parte de salida del equipo de tratamiento de la señal o presentación de la 
información para controlar de alguna forma el funcionamiento del sistema. 
Sistemas fisiológicos del organismo 
Con lo visto hasta ahora, se ha observado que, para obtener medidas del ser humano 
vivo, es necesario tener algún conocimiento del sujeto sobre el que se realizan las medidas. 
En el organismo humano se pueden encontrar sistemas eléctricos, mecánicos. térmicos, 
hidráulicos, neumáticos, químicos y de otros diversos tipos, cada uno de los cuales se 
comunica con un medio externo, e internamente con los otros sistemas del organismo. 
Estos sistemas individuales se organizan para realizar una gran cantidad de complejas 
funciones, por medio de un sistema de control y una red de comunicaciones igualmente 
complejas. 
En la organización de este conjunto de sistemas del ser humano empezando con los 
principales, como el sistema nervioso, el sistema cardiovascular, el sistema pulmonar, etc. 
Cada sistema principal se tratará posteriorn1ente en capítulos posteriores. Así como la 
persona como un todo se comunica con su entorno, estos sistemas principales se comunican 
unos con otros así como con el medio externo. 
Estos sistemas funcionales se pueden subdividir en subsistemas y órganos que a su 
vez se pueden subdividir en unidades cada vez más pequeñas. El proceso puede continuar 
hasta el nivel molecular. La meta principal de la instrumentación biomédica es hacer 
posible la medida de la información comunicada por estos diversos elementos. Si se pudiera 
medir todas las variables en todos los niveles de la organización y se pudieran determinar 
todas sus interrelaciones, se comprenderían mucho mejor las funciones de la inteligencia y 
del organismo humano y probablemente se podrían definir completamente mediante las 
leyes de la fisica, de la química y otras ciencias conocidas actualmente. El problema es que, 
muchas de las entradas en los distintos niveles de organización no son accesibles para 
medir. Las interrelaciones entre los elementos son a veces tan complejas e incluyen tal 
cantidad de sistemas que las leyes y relaciones deducidas de ellas son inadecuadas para 
definirlos completamente. Así pues, los modelos que se utilizan actualmente contienen 
tantas suposicionesy restricciones que su aplicación con frecuencia esta seriamente 
limitada. 
Aunque cada uno de los sistemas se verán con mayor detalle posteriormente, 
veremos a continuación una breve descripción desde el punto de vista de la ingeniería, de 
los principales sistemas fisiológicos del organismo, para ilustrar algunos de los problemas 
que se pueden esperar al tratar con un organismo vivo. 
17 
El sistema cardiovascular 
Para un ingeniero, el sistema cardiovascular se puede contemplar como un sistema 
hidráulico complejo, cerrado, con una bomba de cuatro cámaras (el corazón) conectada a 
unos tubos flexibles y a veces elásticos (los vasos sangumeos). En algunos puntos del 
sistema (arterias, arteriolas), los tubos varían su diámetro para controlar la presión. Los 
depósitos del sistema (venas) cambian su volumen y características para satisfacer ciertas 
necesidades de control, y un sistema de compuertas y resistencias hidráulicas variables 
(vasoconstrictoras, vaso dilatadoras) cambia continuamente la forma del flujo del fluido. La 
bomba de cuatro cámaras, actúa como dos bombas de dos etapas sincronizadas pero 
aisladas funcionalmente. La primera etapa de cada bomba (la aurícula) recoge el flujo (la 
sangre) del sistema y lo bombea a la segunda etapa (el ventrículo). La acción de la segunda 
etapa está temporizada de tal forma que el fluido se bombea hacia el sistema 
inmediatamente después de que haya sido recibido de la primera etapa. Una de las bombas 
de dos etapas (la parte derecha del corazón) recoge el fluido del sistema hidráulico principal 
(circulación mayor) y lo bombea hacia un sistema de oxigenación (los pulmones). La otra 
bomba (parte izquierda del corazón) recibe el fluido (sangre) del sistema de oxigenación y 
la bombea al sistema hidráulico principal. La velocidad de la bomba (ritmo cardiaco) y su 
eficiencia cambian constantemente para cubrir todas las necesidades globales del sistema. 
El fluido (sangre), que fluye de modo laminar, actúa como una red de comunicación y 
alimentación en todos los puntos del sistema. Los portadores de O2 (glóbulos rojos), de 
alimentos combustibles y otros materiales de desecho son transportados por el fluido hacia 
puntos predeterminados. El fluido contiene además mecanismos para reparar pequeñas 
perforaciones en el sistema y para rechazar elementos extraños al mismo (plaquetas y 
glóbulos blancos respectivamente). Los sensores que permiten detectar cambios en las 
necesidades de alimentos, la acumulación de materiales de desecho y presiones en el 
sistema que exceden de las tolerancias, se conocen como quirniorreceptores. sensores pe02 
y barorreceptores, respectivamente. Estos y otros mecanismos controlan la velocidad y 
eficiencia de la bomba, la forma de flujo del fluido a través del sistema, el diámetro de los 
tubos y otros factores. Dado que parte del sistema necesita trabajar a veces contra la 
gravedad, hay válvulas unidireccionales especiales para evitar que la gravedad arrastre el 
fluido para la dirección contraria al flujo en medio de los ciclos de bombeo. Las variables 
de más importancia en este sistema son el gasto cardiaco, la presión de bombeo, la 
velocidad de flujo y el volumen de fluido (sangre) en distintos puntos del sistema. 
El sistema respiratorio 
Mientras el sistema cardiovascular es el principal sistema hidráulico del organismo, 
el sistema respiratorio es el sistema neumático. Una bomba de aire (diafragma) que crea 
alternativamente presiones negativas y positivas en una cámara hermética (la cavidad 
torácica) produce la succión y expulsión de aire de dos bolsas elásticas (los pulmones) 
situadas dentro del compartimiento. Las bolsas están conectadas al medio externo a través 
de un conducto (fosas nasales, faringe, laringe, tráquea, bronquios y bronquiolos) que es 
común en un punto con los conductos que llevan los líquidos y sólidos al estomago. Una 
disposición valvular especial cierra el sistema neumático siempre que pasa materia líquida 
o sólida por la región común. El conducto se divide para llevar aire a cada una de las 
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bolsas, en donde se subdivide nuevamente muchas veces para llevar y sacar aire de cada 
una de las numerosas y diminutas cavidades (alvéolos pulmonares) de las bolsas. La doble 
entrada de aire del sistema (fosas nasales), tiene una abertura alternativa (la boca) para 
utilizar en caso de bloqueo nasal y para otras funciones especiales. En las diminutas 
cavidades de las bolsas hay una interfase de membrana con el sistema hidráulico del 
organismo a través de la cual pueden difundir ciertos gases. Se toma oxígeno del aire 
entrante hacia el fluido (sangre), y se transfiere anhídrido carbónico desde el fluido al aire 
que es exhalado por la fuerza de la bomba neumática. Esta trabaja con dos tipos de control. 
Un centro de control automático (centro respiratorio del cerebro) que mantiene la acción de 
bombeo a una velocidad adecuada para aportar oxígeno y eliminar anhídrido carbónico 
como lo requiera el sistema. El control manual se puede realizar en cualquier instante tanto 
para acelerar como para inhibir el funcionamiento de la bomba. Sin embargo, se reanudará 
el control automático si se crea una situación en la que se ponga en peligro el sistema. Las 
variables más importantes del sistema son el ritmo respiratorio, el flujo de aire, el volumen 
respirado y la concentración de CO2 en el aire expirado. Este sistema tiene además varios 
volúmenes y capacidades relativamente fijos, como son el volumen corriente (el volumen 
inspirado o expirado durante cada ciclo respiratorio normal), el volumen inspiratorio de 
reserva (la cantidad adicional de aire que se puede expulsar de los pulmones después de una 
espiración normal) el volumen residual (cantidad de aire que permanece en los pulmones 
después de que se haya expulsado todo el aire posible) y la capacidad vital (volumen 
corriente, mas volumen de reserva inspiratorio, mas volumen de reserva espiratorio). 
El sistema nervioso 
El sistema nervioso es la red de comunicación del organismo. Su centro es un 
procesador central de información autoadaptativo, o computador (el cerebro) con memoria, 
potencia de cálculo, capacidad de decisión-actuación y una gran cantidad de canales de 
entrada salida. El computador es auto adaptativo porque si se lesiona una parte, otras se 
pueden adaptar y eventualmente llevar a cabo (al menos en parte) la función de la parte 
lesionada. Utilizando este computador, una persona es capaz de tomar decisiones, resolver 
problemas complejos, crear arte, tener emociones, integrar la información que llega de 
todas las partes del organismo y coordinar las señales de salida para tener una conducta con 
sentido. Casi tan fascinantes como el computador central son los millones de líneas de 
comunicación (nervios aferentes y eferentes) que traen información sensorial al cerebro y 
transmiten la información de control que sale de él. En general, estas líneas no son simples 
líneas largas sino que frecuentemente son redes complicadas con muchas interconexiones 
que están cambiando continuamente para cubrir las necesidades del sistema. Por medio de 
las vías de interconexión, se conducen los puntos apropiados del computador sobre los que 
pueden actuar señales provenientes de un gran número de dispositivos sensoriales que 
detectan la luz, el sonido, la presión, el calor, el frío y ciertos productos químicos. De modo 
similar las señales de control de salida son conducidas hacia dispositivos motores 
específicos (unidades motoras de los músculos), que responden a las señales con algún tipo 
de movimiento o fuerza. En cuanto a la realimentación de cada acción controlada por el 
sistema, se suministra al computador mediante los sensores adecuados. Dentro del sistema, 
la información por lo general, se codifica por medio de impulsos electroquímicos 
(potenciales de acción de los nervios) que se propagan por las líneas de señal (nervios). Los 
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impulsos se pueden transferir de un elemento de una red a